Starożytna Galaktyka Duch ukryty w Drodze Mlecznej 'Zone of Avoidance'

 

Ogromna galaktyka "duch", uważana za jedną z najstarszych we wszechświecie, została wykryta czająca się na obrzeżach Drogi Mlecznej w listopadzie 2018 roku przez zespół astronomów, którzy odkryli masywny obiekt podczas trałowania nowych danych z satelity Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej. Obiekt, nazwany Antlia 2 , uniknął wykrycia dzięki swojej wyjątkowo niskiej gęstości, a także doskonałemu ukryciu w Strefie Unikania, nazwanej przez Edwina Hubble'a w 1929 roku, za całunem dysku Drogi Mlecznej - regionu pełnego pyłu i nadmiaru jasnych gwiazd w pobliżu centrum galaktyki.   

Ujawnione przez dane z sondy kosmicznej Gaia

"To jest duch galaktyki" - powiedział Gabriel Torrealba, astrofizyk z Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) w ObjecTaiwan i główny autor pracy. "Obiekty tak rozproszone jak Ant 2 po prostu nie były wcześniej widziane. Nasze odkrycie było możliwe tylko dzięki jakości danych z Gaia." Gaia jest w stanie dokopać się do Strefy Unikania, mówi, ponieważ dostarcza wysokiej jakości ruchy właściwe gwiazd za centralnym dyskiem naszej galaktyki Drogi Mlecznej. To znaczy, że jest w stanie śledzić gwiazdy, gdy poruszają się po sferze niebieskiej.

Na powyższym zdjęciu Antlia 2 jest słabą galaktyką po prawej, Droga Mleczna jest w centrum, a LMC jest pokazana po lewej.

Należąca do ESA misja Gaia stworzyła najbogatszy jak dotąd katalog gwiazd, obejmujący wysoce precyzyjne pomiary prawie 1,7 miliarda gwiazd i ujawniający wcześniej niewidziane szczegóły naszej domowej Galaktyki. Wcześniej w 2018 roku, drugie wydanie danych Gaia udostępniło naukowcom na całym świecie nowe szczegóły dotyczące gwiazd w Drodze Mlecznej.

Strefa Unikania - połowa Drogi Mlecznej to terra incognito

Optycznie, Strefa Unikania jest jak "próba spojrzenia przez aksamitną tkaninę - czarną jak tylko czarna może być", mówi Thomas Dame, dyrektor Centrum Danych Teleskopu Radiowego w Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i starszy astronom radiowy w Smithsonian Astrophysical Observatory. "Pod względem śledzenia i zrozumienia struktury spiralnej, zasadniczo połowa Drogi Mlecznej to terra incognito". Nawet niektóre z najjaśniejszych wybuchów w naszej Drodze Mlecznej są przegapiane, jeśli występują po drugiej stronie naszej Galaktyki. Na przykład, chociaż supernowa Keplera z 1604 roku była najnowszą supernową, która została bezpośrednio zaobserwowana w naszej Galaktyce, astronomowie niedawno wykryli poprzez promieniowanie rentgenowskie i fale radiowe pozostałość po supernowej, która ma zaledwie 140 lat w pobliżu centrum galaktyki, co zostało przeoczone w długościach fal optycznych z powodu dużej koncentracji pyłu w kierunku jej linii widzenia (Nature).

    Mapa naszej Drogi Mlecznej jest mapą wciąż niepełną.

Niekompletna mapa

"To najważniejsza rzecz w astrofizyce"- "Świętym Graalem" astronomii jest zapewnienie jasnej perspektywy naszego związku z fizycznym wszechświatem. Mapa naszej galaktyki Drogi Mlecznej jest częścią tego, mapą, która wciąż jest niekompletna. Nasz Układ Słoneczny dryfuje pomiędzy dwoma ramionami spiralnymi na jej zewnętrznych krawędziach, około 27 000 lat świetlnych od jej centrum. Poza tym, podobnie jak starożytni żeglarze, żaden statek kosmiczny nigdy nie wyruszył poza nieprzezroczysty dysk centralny, aby zawrócić i zrobić zdjęcie.

To jak próba zajrzenia przez aksamitną tkaninę

"Strefa unikania to w zasadzie część nieba przesłonięta przez dysk Drogi Mlecznej widziany z Ziemi" - powiedział Torrealba. "Dysk Drogi Mlecznej ma mnóstwo gazu i gwiazd, co czyni go niezwykle zatłoczonym i złożonym". Ale zespół był w stanie wykorzystać około stu starych i ubogich w metal gwiazd pulsujących, tak zwanych "RR Lyrae", aby wysondować wnętrze i ostatecznie zidentyfikować Antlię 2.

Ant 2 - "Czubek góry lodowej?"

"W porównaniu do reszty z około 60 satelitów Drogi Mlecznej, Ant 2 jest dziwadłem" - powiedział współautor Matthew Walker, również z Carnegie Mellon University. "Zastanawiamy się, czy ta galaktyka jest tylko wierzchołkiem góry lodowej, a Droga Mleczna jest otoczona przez dużą populację prawie niewidocznych karłów podobnych do tej".

Jedna z najstarszych galaktyk karłowatych we wszechświecie

Torrealba mówi, że Antlia 2 jest najprawdopodobniej jedną z najstarszych galaktyk karłowatych we Wszechświecie, ale on i koledzy nadal zastanawiają się, w jaki sposób stała się ona tak rozproszona. "Jedną z możliwości jest to, że Antlia 2 była znacznie bardziej masywna w przeszłości, a gdy wpadła w Drogę Mleczną, straciła swoją masę, aby stać się bardziej rozproszona" - powiedział Torrealba. Jednym problemem z tym pomysłem, mówi Torrealba, jest to, że zamiast rosnąć, galaktyki mają tendencję do kurczenia się w tym samym czasie, gdy tracą gwiazdy.

Gigantyczny rozmiar obiektu, mówi astronom Sergey Koposov z Carnegie Mellon University przedstawia zagadkę, zgadzając się z Torrealbą. "Normalnie, gdy galaktyki tracą masę na rzecz pływów Drogi Mlecznej, kurczą się, a nie rosną".

Rozkład ciemnej materii

"Innym możliwym wyjaśnieniem niezwykłego wyglądu Antlii 2," napisał Koposov w mailu do dailygalaxy.com, "jest to, że coś jest nie tak z obecnie preferowaną teorią zimnej ciemnej materii, która przewiduje, że ciemna materia powinna być ciasno upakowana w centrach galaktyk. Jeśli jednak rozkład ciemnej materii jest bardziej puszysty, może to ułatwić formowanie galaktyk takich jak Antlia 2" - dodał.

Karły były pierwszymi galaktykami we Wszechświecie

Jako struktury powstałe we wczesnym Wszechświecie, karły były pierwszymi galaktykami, które się uformowały, dlatego większość ich gwiazd jest stara, o niskiej masie i uboga w metal. Jednak w porównaniu z innymi znanymi karłowatymi satelitami naszej Galaktyki, Mrówka 2 jest ogromna: jest tak duża jak Wielki Obłok Magellana (LMC) i jedna trzecia wielkości samej Drogi Mlecznej.

Ant 2 - o wiele za duża jak na swoją jasność lub o wiele za ciemna jak na swój rozmiar

To, co czyni Ant 2 jeszcze bardziej niezwykłą, to jak mało światła wydziela. W porównaniu z LMC, innym satelitą Drogi Mlecznej, Ant 2 jest 10 000 razy słabsza. Innymi słowy, jest albo o wiele za duża jak na swoją jasność, albo o wiele za ciemna jak na swój rozmiar.

Naukowcy stojący za obecnym badaniem - z Tajwanu, Wielkiej Brytanii, Stanów Zjednoczonych, Australii i Niemiec - przeszukali nowe dane Gaia w poszukiwaniu satelitów Drogi Mlecznej używając gwiazd RR Lyrae. Gwiazdy te są stare i ubogie w metal, typowe dla tych, które można znaleźć w galaktyce karłowatej. RR Lyrae zmieniają swoją jasność z okresem pół dnia i mogą być zlokalizowane dzięki tym dobrze zdefiniowanym impulsom.

Gwiazdy RR Lyrae

"RR Lyrae zostały znalezione w każdym znanym satelicie karłowatym, więc kiedy znaleźliśmy ich grupę siedzącą nad dyskiem galaktycznym, nie byliśmy całkowicie zaskoczeni" - powiedział współautor Vasily Belokurov z Instytutu Astronomii w Cambridge. "Ale kiedy przyjrzeliśmy się bliżej ich położeniu na niebie okazało się, że znaleźliśmy coś nowego, ponieważ żaden wcześniej zidentyfikowany obiekt nie pojawił się w żadnej z baz danych, które przeszukaliśmy".

Zespół skontaktował się z kolegami z Anglo-Australian Telescope (AAT) w Australii, ale kiedy sprawdzili współrzędne dla Ant 2, zdali sobie sprawę, że mają ograniczone okno możliwości uzyskania danych uzupełniających. Udało im się zmierzyć widma ponad 100 czerwonych olbrzymów tuż przed tym, jak ruch Ziemi wokół Słońca sprawił, że Ant 2 stała się nieobserwowalna przez kilka miesięcy.

Widma te pozwoliły zespołowi potwierdzić, że dostrzeżony przez nich upiorny obiekt był prawdziwy: wszystkie gwiazdy poruszały się razem. Ant 2 nigdy nie zbliża się zbytnio do Drogi Mlecznej, zawsze pozostając w odległości co najmniej 40 kiloparseków (około 130 000 lat świetlnych). Naukowcy byli również w stanie uzyskać masę galaktyki, która była znacznie niższa niż oczekiwano dla obiektu o takich rozmiarach.

Mrówka 2 narodziła się ogromna

Jeśli niemożliwe jest nadmuchanie galaktyki karłowatej poprzez usunięcie z niej materii, to Mrówka 2 musiała urodzić się ogromna. Zespół musi jeszcze rozgryźć dokładny proces, który sprawił, że Ant 2 stała się tak rozciągnięta. Chociaż obiekty o takich rozmiarach i jasności nie zostały przewidziane przez obecne modele formowania się galaktyk, ostatnio spekuluje się, że niektóre karły mogą być nadmuchiwane przez energiczne formowanie się gwiazd. Wiatry gwiazdowe i wybuchy supernowych wypychałyby niewykorzystany gaz, osłabiając grawitację wiążącą galaktykę i pozwalając ciemnej materii również dryfować na zewnątrz.

"Nawet jeśli formowanie gwiazd mogło ponownie ukształtować rozkład ciemnej materii w Mrówce 2 tak, jak została złożona, musiało działać z niespotykaną wydajnością" - powiedział współautor Jason Sanders, również z Cambridge.

Może brakować ważnej fizyki

Alternatywnie, niska gęstość Ant 2 może oznaczać, że potrzebna jest modyfikacja właściwości ciemnej materii. Obecnie preferowana teoria przewiduje, że ciemna materia pakuje się ciasno w centrach galaktyk. Biorąc pod uwagę, jak puszysty wydaje się nowy karzeł, może być potrzebna cząstka ciemnej materii, która jest mniej skłonna do grupowania się.

Przepaść pomiędzy Ant 2 a resztą galaktycznych karłów jest tak duża, że może to świadczyć o tym, że w modelach powstawania galaktyk karłowatych brakuje jakiejś ważnej fizyki. Rozwiązanie zagadki Ant 2 może pomóc naukowcom zrozumieć, jak powstały pierwsze struktury we wczesnym wszechświecie.

**By Maxwell Moe, astrofizyk, NASA Einstein Fellow, University of Arizona via Imperial College London
**Source